某核电排水隧洞工程地质条件分析

陈旭军CHEN Xu-jun

（广东科诺勘测工程有限公司，广州 510700）

0 引言

某核电排水工程包括陆域排水工程、海域排水工程、闸门井及转换井，其中隧洞为两条平行隧洞，隧洞长1897m，隧洞间距约为13m。勘察的主要目的是查明隧洞沿线岩土层分布规律、地质构造特征、基岩岩性、岩面变化、风化程度等各类工程地质条件，提供各岩土层的物理性质和力学参数。

1 技术思路

勘察工作的总体技术思路是：根据勘察目的和相关规范、规程和标准的要求，首先，通过钻探及取样、原位测试、工程物探和室内试验等多种勘察方法，兼顾经济和技术的要求，有针对性地开展现场调查和勘察，范围包括排水隧洞及排水管道沿线，结合前期勘察成果综合评价沿线地形地貌、地层岩性、地质构造特征，岩土适宜性，不良地质作用发育规模及对管道稳定性的影响；提供相应地基岩土的物理力学性质指标；提供隧洞设计所需相关岩土参数并提出施工建议等。

2 工作布置

在充分分析、利用已有资料及现场调查的基础上，结合地形地貌、地质条件和建（构）筑物平面位置等进行工作布置。①钻探：钻孔布置在隧洞外侧6～8m 处，间距按50～100m 考虑，控制性钻孔深度进入设计隧洞底标高以下中等风化或微风化岩体5m；一般性钻孔深度进入设计隧洞底标高以下中等风化或微风化岩体3m。②取样：岩土试样的采取在平面上应尽量均匀布置，竖向间距视地层特点确定，重点考虑隧洞围岩。③原位测试：主要有声波测井、单孔波速测试和孔内电视，在隧洞沿线钻孔中开展。④工程物探：自闸门井至转换井沿排水隧洞的每条隧洞中心线各布置1 条物探测线（共2 条物探测线），采用地质地震映象法。⑤室内试验：按《土工试验方法标准》（GB/T50123-2019）和《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-2013）等执行，开展岩土物理和力学室内试验。

表1 岩土分层表

3 成果综述

通过工程地质钻探、取样、原位测试、工程物探和室内试验等方法，对隧洞沿线地层岩性进行了划分、查明了沿线地质构造，并对基岩特征进行了分析，提出了主要岩土层的物理力学参数指标。

3.1 地层岩性 勘察场地内地层从上至下依次为第四系海积层（Q4m、Q3m）、燕山晚期侵入岩，局部地段上部分布人工填土（Q4ml）。第四系海积层主要为粉砂、中砂、粗砂、珊瑚礁混砂、黏性土层等，由陆域向海域深度变薄。燕山晚期侵入岩主要为黑云母花岗岩（γβ53（1））和石英闪长岩（δο53（2））。根本次勘察资料，排水隧洞主要位于微风化基岩内，局部为中等风化基岩。

3.2 地质构造 根据钻探和物探勘察成果，勘察区域内未见断层通过，新构造期以来勘察区域附近范围构造稳定。

根据钻探及钻孔电视解译成果，场地部分地段发育节理密集带，通过对钻孔电视解译结果的统计分析，勘察区域内节理裂隙产状主要有3 组，第一组倾向20°～70°、倾角45°～62°，第二组倾向270°～340°、倾角25°～53°，第三组倾向180°～240°、倾角24°～49°（详见图1）。节理裂隙以剪性高倾角节理为主，风化后一般呈微张状态，张开度一般1～3mm，裂隙面有铁锰质浸染，节理面粗糙，多为铁锰质或其他次生矿物充填，节理长度大多小于5m。

图1 节理产状统计图

值得注意的是，在钻孔HK15、HK16、HK17 地段，发育节理密集带，该地段节理极发育，岩芯破碎，节理面多见擦痕发育，多被铁锰质、钙质和泥质充填（图2），节理倾角多为高角度。节理密集带发育地段岩石强度低，锤击易碎，部分手折易断。

图2 钻孔岩芯节理面矿物充填及擦痕、阶步发育

3.3 基岩特征 通过勘察，对隧洞沿线基岩的风化特征、岩面起伏形态、岩体结构特征、岩体坚硬程度等进行了分析。

3.3.1 岩体风化特征 根据按野外鉴别和岩石波速测试结果，将勘察区域岩体划分为全风化、强风化、中等风化和微风化四级。（表2）

表2 岩石风化程度的定量划分依据

全风化岩体：结构构造全部破坏，基岩大部分风化成土状，有残余结构强度，可见未完全风化的石英颗粒。岩芯呈碎沫状或土状。

强风化岩体：结构大部分破坏，尚可辨认，矿物色泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物。岩芯呈碎块或碎屑状。

中等风化岩体：结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩石风化呈块状，岩芯呈柱状或碎块状。

微风化岩体：结构基本未变，仅局部沿节理面有浸染，岩石略带有变色，有少量风化裂隙，岩芯呈柱状。

3.3.2 岩面起伏形态 根据钻探及物探成果，海域排水隧洞全～强风化岩面起伏较小，大致同地面线形态保持一致，中等风化～微风化岩面起伏规律性较差，局部存在风化深槽导致岩面起伏变化较大。

3.3.3 岩体结构特征 勘察区内结构面主要以节理裂隙为主，延展长度较短，大部分不超过5m。勘察区内节理裂隙包括原生节理、构造节理和风化裂隙。强风化岩体中以风化裂隙为主；中等风化岩体中以构造节理为主，受主构造方向的控制，一般呈带状分布，陡倾角为主，局部呈节理密集带形式分布；微风化岩体中以构造节理为主，陡倾角居多。（表3）

表3 岩体结构特征一览表

3.3.4 岩体坚硬程度 按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009 年版），根据岩石饱和单轴抗压强度，岩石的坚硬程度可分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。钻孔揭露的主要岩石按坚硬程度划分结果见表4。

表4 岩石坚硬程度分类成果表

3.3.5 岩体完整程度 根据波速随深度的变化曲线划分地层，分层统计各层的声波速度，据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009 年版），按式（1）计算出各层的完整性指数，据表5 评价各岩层的完整性。

表5 岩体完整性程度分类表

式中：Vpm为岩体弹性纵波波速，Vpr为岩石弹性纵波波速。

岩块声波速度根据岩块室内试验结果并结合工程经验进行取值，黑云母花岗岩取值为5850m/s；石英闪长岩取值为5950m/s，统计后场地各岩层的完整性评价结果见表6。

表6 场地岩层声波测试成果及完整性评价表

3.4 主要岩土层物理力学参数指标

根据岩土分层情况，勘察过程中共采取土样46 组，岩样43 组，分别进行了土工与岩石室内试验，获得了主要岩土层的各类物理力学参数指标，见表7-表9。

表7 主要土层物理参数指标

表8 主要土层力学参数指标

表9 主要岩层物理力学参数指标

4 结论

①开展隧洞工程的地质勘察，应根据勘察任务，考虑隧洞工程建（构）筑物布局情况，兼顾经济和技术的要求，采取合适的勘察方法，合理布置工作，有针对性地开展现场调查和勘察。②开展隧洞勘察，采取工程地质钻探、原位测试、工程物探、室内试验等综合勘察手段十分必要，可有效查明隧洞沿线各项岩土工程条件。③在分析不同手段获得的资料时，应综合分析对比，若其结果不能相互印证，则应着重分析原因或采取更为适合的勘察方法。④岩质隧洞勘察时，应着重查明岩体特征，从风化程度、结构特征、坚硬程度、完整程度等多方面进行分析评价。